NO742590L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte otj eppsrat for GlcTci r.-olyas.

Foreliggende oppfinnelse angår forbedret fremgangsmåte og apparat for elektrolyse av alkalimetall-halogenidoppløsninger og nærmere bestemt en fremgangsmåte for elektrolyse av alkali--halogenidoppløsninger i en elektrolysecelle med minst tre avdelinger, som er innbyrdes adskilt ved hjelp av diafragma eller membraner som hovedsaklig er ugjennomtrengelige for fluider og gasser.

Det er vel kjent å fremstille tallrike kommersielle kjemikalier ved hjelp av elektrolyse av forskjellige elektrolytt-løsninger. Klor og natriumhydroksyd fremstilles således kommersielt ved elektrolyse av natriumklorid-oppløsninger. Denne prosess ut-føres vanligvis i en elektrolysecelle med et anoderom og et katoderom, som er innbyrdes adskilt ved hjelp av et fluidgjen-nomtrengelig diafragma, som for eksempel en. asbest-vegg. Det natriumhydroksyd som fremstilles ved denne fremgangsmåte, vil imidlertid vsare forholdsvis utspedd og, på grunn av fluid-gjennoratrengeligneten for det anvendte diafragma, vil det fremstilte produkt videre vsare forurenset med forskjellige uønskede stoffer, som for eksempel natriumklorid, natriumklorat, jern og lignende. Det vil derfor veore nødvendig å utsette det fremstilte natriumhydroksyd-produkt for forskjellige fordampnings--og rensetrinn med det formål å oppnå et sluttprodukt som er egnet for kommersielle anvendelser. Ved sådanne elektrolyseceller vil det videre være en betydelig tilbakevandring av hydroksyl-ioner fra katoderommet til anoderommet, hvilket med-fører at det oppstår hypo-kloritter som oksyderes til klorater, med en påfølgende reduksjon i klorutbytte og ytterligere forurensning av natrlumhydrolcsyd-produktet. Avhengig av opprinn-elsen av det natriumklorid som anvendes ved dannelsen av elektrolyseløsningen, må i tillegg rensesystemer for løsningen ofte anvendes for å eliminere ioner, for eksempel av kalsium, som kan tilstoppe de fluidgjennomtrengelige diafragmaer.

Det er derfor gjort forsøle på å overvinne de ovenfor angitte vanskeligheter under drift av sådanne diafragma-celler, ved å erstatte de fluidgjennomtrengelige asbest-vegger med det perra-selektive ioneveksler-membraner. Teoretisk ville anvendelse av sådanne membraner, som for eksempel ville tillate passasje av bare natriumioner fra anoderommet til katoderommet, eliminere problemene ved forurensning av natriumhydroksyd-vssken i katoderommet og forhindres tilbakevandring av hydroksylioner til anoderommet. Por dette formål har det veart foreslått å anvende forskjellige harpikser, som for eksempel kationveksler-harplkser av "Amberlite"-typen, sulfonerte kopolymere av styren og divinylbenzen og lignende, i praksis er imidlertid de permselektive ioneveksler-membraner som har vært anvendt, vist seg å ikke veare tilstrekkelige stabile i forbindelse med de sterke alkaliske og/eller sure løsninger som opptrer i cellene ved temperaturer over 75°C, således at disse membraner bare vil ha en forholdsvis kort effektiv levetid. Ettersom konsentrasjonen av natriumhydroksyd i katodevæsken øket,for eksempel over 200 gram pr. liter, er det videre ofte funnet at membranets ioneselektivitet og kjemisk fordelaktige egenskaper avtar, spenningsfallet overlaembranet blir utillatelig høyt, og alkali-virkningsgraden for elektrolyseprosessen avtar. I mange tilfeller er de anvendte harpikser videre funnet å være relativt dyre, således at membranets fremstiIlingsom-kostninger har blitt utillatelig høye. Forsøk på å overvinne disse ulemper ved å anvende et eller flere puffer-rora mellom anode og katode rommene i cellen har ikke løst det foreliggende problem, således at det for nærværende ikke anvendes membraner av denne type i noen vesentlig grad ved kommersiell fremstilling av kjemikalier som for eksempel klor og natriumhydroksyd.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en forbedret elektrolysecelle som er egnet for elektrolyse av alkallmetall/halogenid-oppløsninger.

Det er et annet formål for foreliggende oppfinnelse å angi en forbedret fremgangsmåte for elektrolyse av vandige løsninger av ioneserbare kjemiske forbindelser, som for eksempel aikali-metall/halogenid-løsninger, og som ikke i samme grad er gjenstand for de ulemper som hittil er påtruffet ved de tidligere kjente prosesser.

Det er et ytterligere formål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe et forbedret elektrolyseapparat som benytter seg av ioneselektlve membraner, samt å angi en fremgangsmåte for elektrolyse av alkalimetall/halogenid-løsninger i et sådant apparat.

De ovenfor angitte og andre formål vil bli bedre forstått av fagfolk på område utfra den følgende beskrivelse av oppfinnelsen

under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå:

Figur 1 er en skjematisk skisse av en elektrolysecelle med

tre rom; figur % er en lignende skjematisk fremstilling av en elektrolysecelle i henhold til oppfinnelsens

figur 3 viser skjematisk en modifikasjon av den elektrolysecelle som er vist i figur 1, og

figur 2 viser skjematisk en modifikasjon av den elektrolysecelle som er vist 1 figur 4.

For å oppnå de ovenfor angitte formål, gjelder foreliggende oppfinnelse en elektrolysecelle egnet for anvendelse ved

elektrolyse av alkaliaretall/halogenid-oppløsninger, og som omfatter et cellelegeme med et anoderora som inneholder en anode, et katoderora som inneholder en katode, samt minst et puffer-rom mellom nevnte anode- og katoderom, i det nevnte rom i,henhold til oppfinnelsen er innbyrdes adskilt ved hjelp

av minst en barriere som er hovedsaklig ugjennomtrengelig for fluider og gasser samt består av materialer valgt fra material-gruppen: en hydrolysert kopolymer av et perfluorert hydrokarbon, en sulfonert perfluorovinyl-eter og en sulfostyrenert perfluorert etylen-propylen-polymer.

Fortrinnsvis er i det minste nevnte katoderom og det nærmest liggende puffer-rom innbyrdes adskilt ved hjelp av. et porøst diafragma. Ved anvendelse av elektrolyseceller av denne type er det funnet at sterkt konsentrerte alkalimetall/hydroksyd-løsninger med lavt innhold av forurensninger kan fremstilles raed maksimalt elektrisk strømutbytte.

Ved en foretrukket utførelse av oppfinnelsen består de perra-selektlve membraner av en hydrolysert kopolymer av tetrafluoroetylen og en fluorosulfonert perfluorovinyl-eter med

formelen FS02C<F>2CF2<0>CF(CF-5)CF20CF=:CF2, som har en ekvivalentvekt på omkring 900 til loOO, mens membranene er påført

nettverk av støtterøaterialer, som for eksempel polytetrafluoroetylen- eller asbest filamenter. Dé beskrevede, foretrukkete kopolymere kan ytterligere modifiseres for økning av sin aktivitet, som for eksempel ved overflatebehandling, modifisering av sulfonsyre-gruppen eller ved en annen sådan prosess. Sådanne variasjoner av polymerene

er inkludert-i den generiske beskrivelse som er gitt.

N&rmere bestemt omfatter elektrolysecellen i henhold til foreliggende oppfinnelse et cellelegeme eller en beholder tildannet av materialer som i seg selv eller forsynt med et passende belegg, vil v^re elektrisk ikke-ledende og

kunne motstå cellens arbeidstemperaturer samt også virkningen av de materialer som behandles i cellen, som for eksempel flour, natriumhydroksyd, hydroklorsyre og lignende. Eksempler på materialer som kan anvendes, er forskjellige polyraeriske materialer slik som høytemperatur-polyvinylklorid, hård gummi, heksakloro-endometylen-tetrahydroftalsyre på grunnlag av polyesterharpiks og lignende. Ytterligere materialer som betong, sement kan også anvendes. Når det gjelder disse sistnevnte materialer må ethvert innvendig utsatt område være forsynt med et belegg som er bestandig mot hydroklorsyre, klor, natriumhydroksyd og lignende stoffer som vil være i kontakt med vedkommende flater. Videre kan cellelegeme være utført av metall, som for eksempel stål, titan eller, lignende, hvis de utsatte flater belegges med et korrosjonsbeskyttende materiale og elektrisk isolasjon anordnes der dette er nødvendig.

Elektrodene for anvendelse i foreliggende elektrolysecelle

kan tilvirkes av hvilket som helst elektrisk ledende materiale som vil kunne motstå korroderende angrep fra de forskjellige reagerende forbindelser og frembrakte produkter 1 cellen,

slik som alkallraetallhydroksyd, hydroklorsyre og klor. Vanligvis kan katodene vare utført i grafitt, jern, stål eller lignende, idet stål vanligvis foretrekkes. På lignende måte kan anodene vsare utført av grafitt eller et passende metall.

Når det anvendes roetallanoder, kan disse være utført i et såkalt "ventil"-metall, som titan, tantal eller nlobiura like sora legeringer av disse metaller, hvori ventilmetallet utgjør minst 90$ av vedkommende legering. Overflaten av ventilmetallet kan gjøres aktiv ved hjelp av et belegg av en eller flere edelmetaller, edeImetalloksyder eller blanding-er av sådanne oksyder, enten alene eller sammen med oksyder av andre metaller. De edelmetaller som kan anvendes, omfatter ruthenium, rhodium, palladium, irridium og platina. Særskilt foretrukkede metallanoder er sådanne som er utført av titan og er påført et blandingsbelegg av titanoksyd og ruthenium-oksyd på overflaten, slik det er beskrevet i U.S. patentskrift nr. 3.632.498. Videre kan ventilmetall-substratet vssre lagt utenpå en metallkjerne jaed høyere elektrisk ledningsevne, som for eksempel aluminium, stål, kobber eller lignende.

Celieiegemet eller beholderen er utformet i minst et sett

eller en enhet av avdelinger, nemlig et anoderom som inneholder anoden, et katoderom som inneholder katoden samt minst

et pufferrom mellom anode -og katoderommet. Elektrolysecellen 1 sin helhet vil vanligvis omfatte et større antall av disse

sett, for eksempel 20 til 30 eller flere, avhengig av den ønskede cellestørrelse.

Disse rom er innbyrdes adskilt ved hjelp av minst en barriere eller membran som er hovedsaklig ugjennomtrengelig for fluider og gasser og i det vesentligste er sammensatt av en hydrolysert kopolymer av et perfluorert hydrokarbon og en fluorosulfonert perfluorovinyl-eter. Det perfluorerte hydrokarbon er fortrinnsvis tetrafluoroetylen, skjønt andre perfluorerte mettede eller umettede hydrokarboner med 2 til 5 karbonatomer også kan anvendes, hvorav raono-oléfin-hydrokarboner foretrekkes, sssrlig de med 2 til 4 karbonatomer og heist de med 2 eller 3 karbonatomer, f.eks * tetrafluoroetylen eller hexafluoropropylen; Den sulfonerte perfluorovinyl-eter som er mest anvendbar, er den som har formelen PS02<C>F2CF20CF(CF^)CP20CP<=>CF2. Et sådant materiale, som kalles perfluoro /2(2-fluoro-sulfonyletoksy)-propyl-vinyl-eter /, og som i det følgende vil bli betegnet med PSEPVE, kan modifiseres til ekvivalente monomere, hvorved den innvendige perfluorosulfonyletoksy-komponent modifiseres til den tilsvarende propoksy komponent samt ved forandring av propyl til etyl eller butyl, i tillegg til omplassering av utvekslingsstillingene for sulfonyl, henholdsvis anvendelse av isomerer av de lavere perfluoroalkyl-grupper. Det foretrekkes imidlertid å anvende PSEPVE.

Fremgangsmåten for tilvirkning av den hydrolyserte kopolymer er beskrevet i eksempel XVII for U.S. patentskrift nr. 3.282.875, og en alternativ fremgangsmåte er nevnt i Kanadisk patent nr. 849.670, som også omtaler anvendelse av det ferdige membran i brenselsceller, som i dette skrift benevnes som elektrokjemiske celler. Innholdet av disse patenter vil bli anvendt i denne ansøkning sora referanser. Vedkommende kopolymer kan kort sagt fremstilles ved å la PSEPVE eller en ekvivalent forbindelse reagere med tetrafluoroetylen eller lignende i ønskede, forhold i vann ved forhøyet temperatur og trykk: .under

en time, hvoretter blandingen avkjøles. Den vil da skille seg i et nedre perfluoroeter-lag og et øvre vandig medium med det.ønskede polyme dispergert. Molekylarvekten vil være ube-stemt men ekvivalentvekten vil være omkring 900 til 1600 og fortrinnsvis 1100 til 1400, mens prosentandelen av PSEPVE eller en tilsvarende forbindelse vil vsare omkring 10 til 30$, fortrinnsvis 15 til 20$ og helst omkring,17$. Den uhydrolyserte kopolymer kan press-støpes ved høy temperatur og høyt trykk for å frembringe skiver eller membraner som kan variére i tykkelse mellom 0,02 og 0,5 mm. Disse behandles så for hydro-lyserihg av forekommende SOgF -grupper til SO^H-grupper, for eksempel ved behandling med 10$ svovelsyre eller ved fremgangsmåter angitt i de tidligere nevnte patentskrifter. Nær-vær av SO-jH-grupper kan verifiseres ved titrer ing, som beskrevet i nevnte Kanadiske patentskrift. Ytterligere detaljer av de forskjellige behandlingstrinn er beskrevet i Kanadisk patentskrift 752.427 samt U.S. patentskrift nr. 3.041.317, som

herved opptas som referanser i foreliggende ansøkning.

Da det er funnet at en .vis^ utvidelse følger med hydrolysen

av kopolyméren anbringes kopolyraermembranet etter hydrolysen i en ramme eller annen bsarer som vil holde den på plass i elektrolysecellen. Den kan låses eller sementeres på plass

og vil da holdes.uten utbøyning. Membranet forbindes for-; trinnsvis til det bakenforliggende tetrafluoroetylen eller andre passende filamenter før hydrolysen, mens det ennu er termoplastisk; og kopolymersjiktet vil da dekke hvert filament og trenge inn i mellomrommene mellom filamentene og legge seg rundt dem, hvor undersjiktet vil bli lett fortynnet under denne prosess på de steder hvor filamentene tildekkes.

Det ovenfor beskrevede membran er ved de foreliggende prosesser helt overlegen alle tidligere foreslåtte mein branma ter ialer* Det er mer stabilt ved høyere temperaturer, f.eks. over 75°C. Det har meget lengere levetid i elektrolyttmediet og de alkaliske produkter og blir ikke støtt når det utsettes for flotir ved høye celle temperature r. I betraktning av besparelser i tid og tilvirkningsomkostninger, vil de foreliggende membraner

være mer økonomiske. Spenningsfallet over membranene kan god-tas og blir ikke unormalt høye, slik som ved mange andre rnem-branraaterialer, når konsentrasjonen av NaOH 1 katoderommet

stiger over.omkring 200 g./l. Membranet selektivitet og dens tilpasning til elektrolytten avtar ikke i vesentlig grad når hydroksyl-konsentrasjonen i katode-vcasken øker, slik det er funnet ved andre membranmaterialer. Videre vil NaOH-virkningsgraden for elektrolysen ikke avta vesentlig, slik det vil v&re tilfelle ved andre membraner når hydroksyl-ionekonsentrasjonen i katode-væsken eller katolytter;-'.øker. Disse fordeler ved den foreliggende fremgangsmåte gjør en således praktisk anvendbar, mens tidligere foreslåtte prosesser for dette formål ikke har vunnet kommersiell anerkjennelse. Skjønt det foretrekkes kopolymere med ekvivalentvekt fra 900 til 1600, fortrinnsvis mellom 1100 og 1400, kan visse anvendbare harpiks-arerabraner frembrakt ved foreliggende fremgangsmåte ha ekvivalentvekter

mellom 500 og 4000. Polymere med midlere ekvivaltentvekt i dette område foretrekkes fordi de har tilfredsstillende styrke og stabilitet, tillater mer selektiv ionentveksiing å finne sted, samt har mindre indre motstand, idet alle disse egenskaper er av viktighet for den foreliggende elektrokjemiske celle.

Forbedrede utgaver åv de ovenfor beskrevede kopolymere kan frembringes ved kjemisk overflatebehandling, som for eksempel behandlinger for å modifisere de foreliggende SO^H-grupper. Sulfongruppen kan for eksempel forandres eller delvis utskiftes med andre bestandeler. Sådanne forandringer kan utføres under tilvirkningsprosessen eller etter fremstillingen av membranet. Når det utføres en etterfølgende overflatebehandling på et membran, vil behandlingsdybden vanligvis vare fra 0,001 til 0,01 mm. NaOH-virkningsgraden for oppfinnelsens fremgangsmåte, ved anvendelse av sådanne modifiserte utgaver av de foreliggende forbedrede membraner, kan øke med omkring J> til 20$ og oftes omkring 5 til 15$.

I tillegg til de kopolymere som tidligere er omtalt og deres modifikasjoner, ér funnet at en annen type av membranmateriale også er mer anvendbar en tidligere kjente sjikt for anvendelse ved de foreliggende fremgangsmåter. Skjønt tetrafluoroetylen --polymere (TFE), som er styrenert og sulfonert i rekkefølge,

tilsynelatende ikke vil kunne anvendés for tilvirkning av tilfredsstillende katione-aktive permselektive membraner for anvendelse I de. foreliggende elektrolyseprosesser, er det imidlertid fastslått at perfluorinert etylen-propylen-polymer (FE<p>) som er styrenert og sulfonert, vil utgjøre et anvend-bart membran. Skjønt en effektiv levetid på så meget som tre år eller mere, slik som ved de foretrakkede kopolymere, ikke kan oppnås, vil de sulfo-styrenerte FEp være overraskende bestandige mot forhårdning og annen svikt under drift ved de foreliggende prosessbetingelser.

Ved tilvirkning av sulfostyrenerte FEP-membraner styreneres en

standard FEP, og den styrenerte polymer blir så sylfonert.

En oppløsning av styren I metylen-klorid eller benzen frembringes med passende konsentrasjon i området 10 til 20$, pg et flak av FEP-polymer med tykkelse mellom 0^02 og 0,5 ram, fortrinnsvis mellom 0,05 og 0,15 sira, dyppes i løsningen.

Etterpå utsettes flaket for strålebehandling med anvendelse

av kobolt 60 som strålekilde. Bestrålingsintensiteten kan

v£>re omkring 8000 rad/time. og den totale bestråling kan ut-gjøre omkring 0,9 raegarad. Etter skylling i vann blir penyl-ringene i styreriavsnittene i polymeren raonosulfonert, fortrinnsvis i para-stillingen, ved behandling med klorosulfon-syre, dampende svovelsyre eller SO^. Fortrinnsvis anvendes klorosulfon-syre i kloroform og sulfoneringen fullføres i løpet av omkring enl/2 time.

Eksempler på anvendbare membraner fremstilt ved den beskrevedé fremgangsmåte, er produkter fra RAI Research Corporation,

New York, med typebetegnelser 18ST12S og 16ST13S, idet den først nevnte er 18$ styrenert og har 2/3 av fenylgruppene monosulfonert, og den sistnevnte er 16$ styrenert og har 13/16 av fenylgruppene raonosulfonert. For å oppnå 18$ styrenér-Ing anvendes en løsning av 17-1/2$ styren i metylen-klorid,

og for å oppnå 16$ styrenering anvendes en styrenløsning på

165^ i metylen-klorid.

De oppnådde produkter står seg fordelaktig ved sammenligning

med de tidligere beskrevedé foretrakkede kopolymerer, og gir spenningsfall på omkring 0,2 volt over hvert, membran i de foreliggende celler ved en strømtetthet på 0,3 amp/cm. , det samme som oppnås ved kopolymeren.

Disse membraner anvendes fortrinnsvis i form av et tynt sjikt, enten alene eller påført en .1 nesrt bssrer eller et substrat,

for eksempel i form av en vevet duk av polytetrafluoroetylen, glassfibre eller lignende. Tykkelsen av et sådant understøttet membran kan variere betraktelig, men tykkelser mellom 0,08 og 0,4 mm vil vare vanlige. Disse membraner kan tilvirkes til

hvilken som-helst ønsket form, avhengig av formen av den celle hvori de skål anvendes. Sora tidligere angitt, fremstilles raembran-kopolyraeren opprinnelig i en ikke-styret form, hvilket vil si i form av sulfonyl-fluorid. I denne ikke-syrede form vil den veare forholdsvis myk og bearbeidbar og kan søm -eller kant sveises for dannelse av sveiseforbindelser som er like sterke sora membranmaterialet selv. Det er følgelig å foretrekke at membranmaterialet tildannes og formes i denne Ikke--syrede tilstand.

Når membranet er formet til sin ønskede utformning, vil det

bli behandlet for sitt bruk ved hydrolysering av sulfonyl--fluorid-gruppene til fri sulfonsyre eller alkalimetall-sulfonat-grupper, for eksempel ved kokning i vann eller alkalisk løsning, som for.eksempel NaOH-løsning. Denne behandlingsprosess kan utføres enten før membranet bringes på plass i cellen eller inne 1 selve cellen med membranet på plass. Når membranet kokes i vann i omkring 16 timer, vil materiale vanligvis bli gjenstand for en sve11Ing på omkring 28$, nemlig 9$ i hver retning. Ved kontakt med saltløsning under drift, vil svell-ingen nedsettes til omkring 22$, hvilket vil resultere 1 en stamning av membranet i drift.

I visse tilfeller er det funnet at det kan v&re ønskelig å anvende en sammenstilling av to eller flere av disse membraner istedetfor et enkelt membran. Når en sådan membransammen-stilling anvendes i en klor/alkali-celle er det funnet at det i visse tilfeller kan oppnås en økning av cellens NaOH-virkningsgrad, særlig når den anvendes ved katalytisk NaOH-konsentrasjoner over omkring 200 gram pr. liter. Ved elektrolyseceller i henhold til foreliggende oppfinnelse og med et eller flere puffer-rom mellom anode- og katoderommet, kan' det imidlertid hende at denne økning i virkningsgrad ikke vil vsare tilstrekkelig stor til å oppheve de økede materialeromkostning-er ved anvendelse av et sådant sammensatt membran. Skjønt anvendelse av sammensatt membran således vil være mulig i den foreliggende cellekonstruksjon, vil det ikke alltid være å

foretrekke.

Anoderommet i hvert sett av cellerom er utført med et inn-

løp for innføring av flytende elektrolytt i rommet, som for eksempel vandig alkalimetall/halogenid-løsning samt et ut-

løp for gassformede reaksjonsprodukter, slik som klor. Katoderommet 1 hvert sett er utført med et utløp for flytende reaksjonsprodukter, sora vandige løsninger av alkalimetall-hydroksyd, samt også et utløp for gassformede biprodukter, som for eksempel hydrogen. Hvis så ønskes lean katoderommet også vure utført med et innløp for flytende elektrolytt, som for eksempel vann, utspedde alkalimetall-hydroksydløsninger eller lignende. i tillegg er hver av puffer-rommene mellom anode -og katoderommet utført med et innløp for flytende elektrolytter, som for eksempel vann, og har hvis så ønskes, også et utløp for flytende reaksjonsprodukter, som utspedde alkalintetall-hydroksydløsninger. InnløpeneV for flytende materialer og utløpene for gassformede produkter i hver av rommene er fortrinnsvis plassert på den øvre del av rommene, méns utløpene for flytende materialer er plassert på den nedre del av rommene, skjønt.også andre plasseringer kan anvendes.

Disse gjentatte sett eller enheter av anode-, puffer-, og katoderom kan sammenstilles til den hele elektrolysecelle . i henhold til foreliggende oppfinnelse, pålihvilket sera helst hensiktsmessig måte. Ved en foretrukket utførelse vil således cellen v^re av den såkallede "filter-presse"-type. Ved denne utførelse er anodene, katodene og membranene montert I passende monterings-eller rammestykker, som er utstyrt med passende tetningspakninger og utformet slik at det dannes ønsket mellomrom mellom elementene for opprettelse av anode-, katode-, og puffer-rom. Disse raramestykker er utstyrt med de ønskede innløp og utløp som tidligere beskrevet, samt er saro-menføyet ved hjelp av stenger, bolter eller andre passende midler og på tidligere kjent måte. En typisk sådan filter--presse utformning er vist i U.S. patentskrift nr.2.282.058. Alternativt kan cellelegeme foreligge i en boks av hensiktsmessig konstruksjonsmaterial, hvori anode, katode og membraner er montert for å danne de forskjellige rom, slik som vist i U.S.patentskrift nr. 3.324.023. I tillegg kan cellen vare av konvensjonell klor/alkali-type med overlappende anoder og katoder, hvori nevnte belagte asbest-diafragraa er erstattet med de forskjellige membraner sera beskrevet ovenfor, for dannelse av de ønskede puffer-rom. En typisk sådan cellestruktur er omtalt i U.S. patentskrift nr. 3.458.411.

Det vil forståes at det som er angitt ovenfor bare utgjør ut-førelse-eksempler for de forskjellige oelleformer som kan anvendes. I alle disse utførelser vil naturligvis hensiktsmessige konstruksjonsmaterialer bli anvendt, slik som beskrevet ovenfor. I tillegg vil det videre forståes at den spesielle utformning som bør anvendes i hvert tilfelle vil Vcire avhengig av de forskjellige spesielle fordringer som foreligger for vedkommende celle.

Figur 1, som skjematisk viser en celle med tre rom i.henhold til foreliggende oppfinnelse, er cellelegemet vist ved 1Cellelegemet 1 er utformet I et anbderom 3, et katoderom 7

og et puffer-rom 11, som adskilles anode- og katoderommet.

En anode 5 og en katode 9 er anordnet henholdsvis i anode

-og katodéroramet. For dannelse av puffer-rommet 11 og ad-skillelse av dette rom fra anoderommet 3 og katodéroramet 7,

er det anordnet barriere eller membraner 1 og 15, som er fremstilt av en hydrert, kationeveksler-harpiksmembran, som utgjøres av et sjikt av en fluorinert kopolymer med til-hørende sulfonsyregrupper, det er forklart ovenfor.

Anoderommet 3 er utstyrt med et innløp 17, hvori gjennom elektrolytten, som kan vsre en natriurakloridoppløsnlng, inn-føres. Et utløp 19 er også anordnet for anoderommet, for fjerning av forbrukt elektrolytt fra dette rom. I tillegg er anoderommet utstyrt med et glassutløp 21 for fjerning av de gassformede nedbrytningsprodukter ved elektrolyseprosessen, for eksempel klorin, fra anoderommet. Skjønt elektrolytt-Innløpet og gassutløpet er vist på den øvre del av anoderommet, mens elektrolyttutløpet er anbrakt på den nedre del, kan disse Innløp og utløp også wre anordnet.på annen måte, hvis så ønskes.

I puffer-rommet 11 er det på samme måte anordnet et innløp

22 og et utløp 27» Hår elektrolysecellen anvendes for elektrolyse av en natriumkloridoppløsnlng for fremstilling av klor

og natriumhydroksyd, vil vann bli Innført I puffer-rommet gjennom innløpet 23, og hvis ønskes, kan en utspedd natriumhydroksyd- løsning tas ut fra utløpet 27*I tillegg er katoderommet 7 utstyrt med et Innløp 29 og et utløp 25, hvori gjennom henholdsvis ved den foretrukkede elektrolyse av en natrium-kloridoppløsnlng, vann eller utspedd natriumhydroksyd innføres og en konsentrert tilsvarende løsning ved høy renhet fjernes

som et prosessprodukt. Videre kan katoderommet også ve-re utstyrt med et utløp for gassformige biprodukter, som for eksempel hydrogen (ikke vist). På samme måte som ved innløpene og ut-løpene for katoderommet, kan innløpene og utløpene for puffer-roramet og katoderommet, hvis så ønskes, vkire anbrakt på annet sted enn henholdsvis i den øvre og nedre del av vedkommende rom, slik det er antydet i figur 1.

Figur 2 viser skjematisk en modifikasjon av den elektrolysecelle sora er angitt i figur 1, idet cellen er utstyrt med mer

enn et puffer-rom mellom anode- og katoderommet. Som vist i denne figur er cellelegemet 2 oppdelt i et anoderom 4 og et katoderom 8, idet dissse rotn er adskilt ved to mellomliggende

puffer-rom 12 og 14. En anode 6 og en katode 10 er plassert

i henholdsvis anoderommet 4 og katodéroramet 8. En rekke bar-rierer eller membraner 16, 18 og 20 danner puffer-rommene 12 og 14, sora skiller anoderommet fra katoderommet. Alle disse tre membraner er utformet som et sjikt av fluorinert kopolymer med tilhørende sulfonsyregrupper, slik det er beskrevet ovenfor.

Et innløp 22 og et utløp 24 er anordnet for anoderommet, for tilførsel og fjerning av elektrolytt, for eksempel natriura-klorldoppløsnlng. I tillegg er det også anordnet et utløp 26 for fjerning av gassformede nedbrytningsprodukter fra

anoderommet, for eksempel klor. Puffer-rommene 12 og 14 er hvert utstyrt med henholdsvis innløp 30 og 32, samt utløp 36 og 38. Når cellen anvendes for elektrolyse av natriumklorld-oppløsning, vil vanligvis vann bli innført gjennom innløpene 30 og 32, mens en utspedd oppløsning av natriumhydroksyd vil

bli fjernet gjennom utløpene 36 og 38, Videre er et innløp

40 og et utløp 34 anordnet for katodéroramet 8. Når natrium-, kloridoppløsnlng elektrolyseres, vil en konsentrert oppløsning av NaOH med høy renhet kunne tas ut gjennom utløpet 34, mens vann eller utspedd natriumhydroksyd-oppløsning kan innføres gjennom innløpet 40. Sora ved en celle som er vist i figur 1, kan et utløp for gassformige nedbrytningsprodukter, som for eksempel hydrogen, (Ikke vist), også anordnes for katoderommet. Likesom ved den cellekonstruksjon som er vist i figur 1, kan

plasseringen av.de forskjellige innløp og utløp forandres i avhengighet av den spesielle arbeidsfunksjon som ønskes.

Figur 3 viser skjematisk en modifikasjon av den celle som er vist 1 figur 2, idet cellen er utstyrt med fire puffer-rom mellom anode- og katodéroramet. Sora vist i denne figur omfatter cellelegemerl et anodero<p>i 3 og et katoderom 13. Disse rom er innbyrdes adskilt ved fire puffer-rom 5, 1, 9 og 11. En anode 15 og en katode 17 er anbrakt henholdsvis i anoderommet 3 og katoderommet 13. I en rekke membraner eller, diafragma--barrierer 19, 21, 23*25 og 27 danner puffer-rom og adskiller disse fra anoderommet og katoderommet. Barrierene 19, 21

og 23 utgjøres av membraner dannet av et sjikt av fluorinert kopolymer med tilhørende sulfonsyregrupper, slik det er beskrevet ovenfor, mens barrierene 25 og 27 utgjøres av porøse asbest diafragma

Et innløp 29 og utløp 31 er anordnet for anoderommet med det formål å føre inn og fjerne elektrolytt, som for eksempel natrlumklorid-oppløsning. Et utløp 33 fir også anordnet for anoderommet, for derved å kunne fjerne gassformige nedbrytningsprodukter, som for eksempel klor. Puffer-rommene 5, 7, 9 Og 11 er hvert utstyrt med innløp henholdsvis 35, 37• 39 og 41, samt utløp henholdsvis 45, 47, 49 og 51. Når cellen anvendes for elektrolyse av en natrlumkloridoppløsning, vil vanligvis vann bli innført gjennom innløpene, mens en utspedd løsning av natriumhydroksyd vil bli fjernet gjennom utløpene. Videre er det anordnet et innløp 43 og et utløp 53 for katoderommet 13. Når natrlumkloridoppløsnlng elektrolyseres, vil en konsentrert løsning av natriumhydroksyd med høy renhet kunne fjerne gjennom utløpet 53, og vann eller utspedd natriumhydroksyd-løsning kan innføres gjennom innløpet 43. Sora ved den celle som er vist i figur 1, kan også et utløp for gassformige nedbrytningsprodukter, som for eksempel hydrogen,

(ikke vist) ogsåVosre anordnet, for katoderommet. Som ved cellekonstruksjonen i figur 2, kan plasseringene av de forskjellige innløp og utløp forandres i avhengighet av den spesielle arbeidsfunksjon som ønskes.

Ved utførelse av oppfinnelsens fremgangsmåte innføres en løsning av den ioniserbare forbindelse som skal elektrolyseres, i anoderommet for elektrolysecellen. Eksempler på de forskjellige løsninger av Ioniserbare forbindelser som kan elektro-lysere, og de oppnådde produkter er vandige løsninger av alkalimetall-halogenider for frembringelse av alkalimetall-hydroksyder og halogen; vandige løsninger av HC1 for å frembringe hydrogen og klor; vandige løsninger av amraoniumsulfat for fremstilling av persulfaterj vandige løsninger av borax for å fremstille perborater, og lignende. Av disse er de mest foretrukkede anolytt-løsninger vandige løsninger av alkaliraetall-halogenlder, og særskilt natriumklorid, samt vandige løsninger av HC1.

Ved en annen arbeidsmodus innføres vann i hver av puffer--rommeneV mens en utspedd løsning av natriumhydroksyd fjernes fra hver av disse roa. Vanligvis vil disse løsninger variere

I konsentrasjon, således at den mest utspedde løsning kommer fra det rom som ligger nærmest anoderommet. Natriumhydroksyd innholdende vil vanligvis ligge fra omkring 50 til 200 gram pr liter for disse løsninger. Fortrinnsvis innføres en eller flere av disse utspedde løsninger av natriumhydroksyd i katoderommet, enten med eller uten ytterligere vann, katolytt--vasken. Disse løsninger kan kombineres eller innføres hver for seg 1 katoderommet.

Fortrinnsvis Innføres imidlertid den utspedde natriurahydroksyd-løsning fra hvert puffer-rom som i det minste en del av den tilførte løsning til det n'srmest påfølgende puf fer-rom, hvoretter det hele til slutt ender i katoderommet. Fra katoderommet oppnås en mer konsentrert natriurahydroksyd-løsning NaOH-konsentrasjon fra omkring 150 til 250 gram pr liter, idet et natriumhydroksyd-innhold på omkring l60 gram pr liter er vanlig. I tillegg kan gassproduktet i form av klorgass og hydrogen utledes fra henholdsvis anoderommet og katoderommet.

Ved en annen alternativ arbeidsmodus tilføres vann både til puffer-rommene og til katoderommet, mens det fra hver av puffer-rommene utledes en strøm av utspedd natriumhydroksyd samt fra katoderommet en strøm av mer konsentrert natriumhydroksyd--løsning. Under sådan drift vil den mengde av utspedd natriumhydroksyd- løsning som uttas fra katoderommet kunne varieres i avhengighet av de spesielle fordringer for hver oppløsnings-type. Ved en typisk arbeidsoperasjon kan tilntarmet 50$ av det foreliggende natriumhydroksyd kunne uttas som utspedde løsninger fra puffer-rommene, mens mengden av konsentrert natriurahydroksyd-løsning fra katoderommet vil kunne varieres I avhengighet av de spesielle fordringer for hver oppløsnings-type. ved vanlige driftsforhold vil omtrent 50$ av det foreliggende natriumhydroksyd kunne uttas som utspedde løsninger fra puffer-rommene, nens de øvrige 50$ uttas som mer konsentrert løsning fra katoderommet. Konsentrasjonen av disse utspedde NaOH-løsninger vil vanligvis vt^re som angitt ovenfor. Konsentrasjonen av den mer konsentrerte løsning fra katoderommet vil vanligvis ligge i området fra omkring 200 til 420 gram pr liter, mens en konsentrasjon på omkring 2&0 gram pr liter er typisk. Ved en typisk prosess ved anvendelse av natriumklorid-oppløsning som tilført v;, ske til anoderommet, vil den tilførte løsning inneholde fra omkring 250 til 325 gram pr liter av natriumklorid og fortrinnsvis omkring 320 grata pr liter av denne forbindelse. pH-verdlen for denne anolytt-vtaske ligger vanligvis i osarådet fra 1,0 til 10,0, mens en pH-verdi på omkring 3,5 er å foretrekke. Disse ønskede pH-verdier i katoderommet kan bibeholdes ved tilsatts av syré'

til anolytt-løsningen, fortrinnsvis saltsyre. Anolytt-overstrømningen eller den forbrukte anolytt-løsning som fjernes fra anoderommet, vil vanligvis ha et natriumkloridinnhold på omkring 200 til 295 gram pr liter, med et typisk natriumkloridinnhold på omkring 250 gram pr liter.

I en tre roras celle, hvilket vil si en celle med en eller

flere enheter som hver inneholder et anoderom og et katode-

rom innbyrdes adskilt av et enkelt puffer-rom i midten, til-føres vann til midtrommet mens en utspedd løsning av natriumhydroksyd tas ut fra dette rom. Vanligvis vil denne løsning ha et natriumhydroksyd-innhold fra omkring 50 til 200 gram pr liter, idet et natriumhydroksyd-Innhold på omkring 100 gram pr liter er en typisk verdi. Denne utspedde løsning av natriumhydroksyd innføres fortrinnsvis I katoderommet, enten med eller uten tilsatts av vann, for dannelse av katolytt-vosken. Pra katoderommet opr>nås en mer konsentrert natriumhydroksyd-løsning med NaOH-konsentrasjon fra omkring 150 til 250 gram pr liter, med et natriumhydroksydinnhold på omkring l60 gram pr liter som typisk verdi. I tillegg or.pnås gassproduktet av klorgass og hydrogen fra henholdsvis anoderommet og katoderommet.

Ved en alternativ drlftsmodus, tilføres vann både til puffer-rommet i midten og til katoderommet, mens det fra puffer-rommet tas ut en produktstrøm av utspedd natriumhydroksyd og fra katoderommet en produktstrøm av mer konsentrert natriurahydroksyd-løsning. Under drift av denne art vil den mengde av utspedd natriumhydroksyd-løshing som tas ut fra puffer-rommet, og den mengde av konsentrert natriumhydroksyd-løsning som uttappes fra katoderommet, variere i avhengighet av de spesielle fordringer for hver oppløsningstype. Ved typisk drift vil omtrent 50$ av natriumhydroksyd-raengden kunne uttas som utspedd løsning fra puffer-rommene, mens de øvrige 50$.tappes ut som mer konsentrert løsning fra katoderommet. Konsentrasjonen av utspedd NaOH-løsning vil vanligvis ligge 1 området fra omkring 50 til 200 gram pr liter, med en konsentrasjon på omkring 100 gram pr liter som typisk verdi. På samme måte vil konsentrasjonen av den mer konsentrerte løsning fra katoderommet vanligvis, ligge.innenfor området fra omkring 200 til 420 gram pr liter, med én konsentrasjon på omkring 280 gram pr liter som typisk verdi.

Den elektrokjemiske spaltnlngsprosess I henhold til foreliggende oppfinnelse utføres vanligvis ved en spenning i orn-rådet fra 3,4 til 4,8 volt, Idet en spenning<*>omkring 4,2 volt foretrekkes. Strømtettheter på omkring 0,3. ampere '

pr cm 2foretrekkes. Vanligvis vil cellen bli drevet ved temperaturer i området omkring 90 til 105°C, og fortrinnsvis ved temperaturer på omkring 95°C. Ved drift på denne måte er det funnet at klor- eller anodevirkningsgrader på minst omkring 96$ og katode -eller NaOH-virkningsgrader på minst 85$ og ofte over 90$ kan oppnås. I tillegg er den

konsentrerte natriumhydroksyd-løsning som uttappes fra katoderommet, funnet å v^re av høy renhet, Idet den i det minste normer seg, hvis den ikke er rik, den såkalte "Rayon-grad" for natriumhydroksyd. Renheten av dette natriumhydroksyd er slik at den vanligvis vil inneholde helt uvesent-lige mengder av natriuraklorat og inneholde mindre enn et gram pr liter av natriumklorid.

Når prosessen utføres med celler sammensatt av seksjoner eller gjentatte enheter som hver omfatter to eller flere puffer-rom, vil driftsforholdene vt.re av samme art som beskrevet ovenfor. Vann kan således innføres i hver av puffer-rommene samt i katoderommet, mens en del av natriumhydroksyd-produktet kan gjenvinnes fra hver av puffer-rommene som utspedd løsning av natrlumhydrid, samt fra katoderommet som en mer konsentrert løsning;av natriumhydroksyd. Fortrinnsvis overføres imidlertid de utspedde natriumhydroksyd-løsninger fra hvert puffer-rora sora i det minste en del av den tilførte vaske til det nærmest påfølgende puffer-rora, samt til slutt til katoderommet, således at det fra dette rom kan oppnås en konsentrert natriumhydroksyd-strøranlng av høy renhet. I tillegg til elektrolyse av natriumklorid-oppløsninger for fremstilling av klor og natriumhydroksyd, lean elektrolysecellene i henhold til foreliggende oppfinnelse, son angitt ovenfor, også anvendes for elektrolyse av saltsyre-løsninger for dannelse av klor og hydrogen som prosessprodukter. Ved sådan drift er anolytt-løsningen som innføres i anoderommet en vandig løsning av saltsyre, fortrinnsvis med et HCl-innhold fra omkring 10 til 36 vektprosent, og fortrinnsvis med etHCl-innhold mellom 15 og 25$ vektprosent. Skjønt den tilførte vKSke til puffer-rommene og til katoderommet kan vore rent vann, vil det ved.den mest foretrakkede drift både til puffer-rommene og til katoderommet også bli tilført vandig saltsyreløsning. Det ønskede HCl-innhold for disse tilførte løsninger vil Vi.re fra omkring 1 til 10 vektprosent, tåens et HCl-innhold mellom 1 og 5$ vektprosent foretrekkes. Skjønt det foretrekkes at

de tilførte løsninger til anoderommet, puffer-rommene og katoderommet er hovedsakelig fri for forurensningsioner, er det i mange tilfeller funnet ønskelig å tilføre alkalimetallklorider, som for eksempel natriumklorid, til anolytten, i den hensikt å minske korrosjon, særskilt når det anvendes en katode av stål eller lignende korroderbart materiale, i disse tilfeller er det vanlig.å tilsette natriumklorid med raengdeandeler fra omkring 12 til 25. vektprosent til anolytt-løsningen.

For at fagfolk på området skal bli i stand til å bedre forstå den foreliggende oppfinnelse og den måte hvorledes den utnyttes i praksis, vil det i det følgende bli gitt spesielle utførelse- eksempler. Hvis ikke annet er spesielt angitt i disse eksempler, vil de angitte temperaturer v&re i °C, mens an-deler og prosenter er angitt i vektforhold. Det skal imidlertid påpekes at disse eksempler bare er gitt for å anskuelig-gjøre oppfinnelsens fremgangsmåte og apparat, og ikke må betraktes som en begrensning av denne.

Eksem pel 1

En laboratoriecelle med tre rom ble drevet med en strømstyrke på 120 amper, hvilket tilsvarte en strømtetthet på 0,3 amp/cm og en spenning på 4.1 volt. Cellen var utstyrt med en metallanode utført i titan med et RuOg-belegg, en stålkatode samt to kationevekslende membranbarrierer, en på hver side av det midtre.puffer-rom, for å adskille dette fra anode -og katoderommet. Hvert membran besto av en 0,25 ram tykk film av hydrolysert kopolymer av tetrafluoroetylen og sulfonert perfluorovinyl-eter, med en ekvivalentvekt på omkring 1100 og . fremstilt i henhold til US patentskrift nr. 3.282.875. Salt-løsning med et innhold på 320 gram/Ilter NaCl ble ført gjennom anoderommet, og vann ble tilsatt både puffer-rommet og katoderommet. HC1 ble tilsatt anolytten for å bibeholde dens pH-verdi på omkring 4,0. Avløpet fra puffer-rommet inneholdt omkring 116" gram/liter NaOH, mens den angitte veaske fra katoderommet inneholdt omkring 384 gram/liter NaOH. Etter

blanding av de to utløpsstrømninger ble det oppnådd en løsning som inneholdt omkring 197 gram/liter NaOH, og som var hovedsaklig fri for natriumklorat og inneholdt mindre enn omkring 1 gram/liter NaCl. Over en drlftsperiode på 16,5 timer var

natriumhydroksyd- eller katodevirkningsgraden omkring 85, 7$ ? mens klor eller anodestrøravirkningsgraden lå omkring 97$-

Eksempel 2.

En tre,, roms celle av kommersiell størrelse, men av den type som er beskrevet i eksempel 1, ble drevet.ved 150 KA, en anodestrømtetthet på 0,3 amp/cm , en cellespennlng på 4,1 volt samt én temperatur på omkring 96°c. En vandig saltløsning med omkring 320 gram/liter NaCl ble innført i anoderommet, mens en anolytt-overstrømning ble oppnådd fra dette rom, og med en pH-"verdi på omkring 3,5 samt et Naci-innhold på omkring 250 gram/- llter, idet HCl var tilsatt i sådan grad at anolyttens pH-verdi - ble bibeholdt på omkring 3,5. Vann ble tilført til puffer-rommet, mens det fra dette rom ble avgitt en utløpsv&ske som inneholdt omkring 110 gram/liter NaOH. Denne utløpsvaske ble til-ført katoderommet., hvor det ble produsert en katodevtsske som inneholdt omkring 160 gram/liter NaOH, 0,5 gram/iiter NaCl samt ingen påvisbar mengde ( -■- 0,1 gram/liter) NaClO^. Under drifts-tiden var katodestrøms-virkningsgraden 85$ mens anodestrøras--virkningsgraden var 96$.

Eksempel 3

Tre roms cellen i eksempel 2 ble drevet med 150 KA, en anode-strømstetthet på 0,3 amp/cm t en cellespennlng på 4,2 volt og en temperatur på omkring 94°C. Dén vandige saltløsning som ble tilført anoderommet, inneholdt omkring 320 gram/liter NaCl, og anolytt-overstrømningen hadde en pH-verdi på omkring 4,0 og inneholdt omkring 250 gram/liter NaCl, idet HCl ble tilsatt i nød-vendig mengde for å bibeholde anolyttens pH-verdi på omkring 4.0. Vann ble tilført både til puffer-rommet og til katoderommet. En svak utstrømmende løsning med omkring 100 gram/- llter NaOH ble oppnådd fra puffer-rommet, mens en sterk løsning med et NaOH-innhold på 280 gram/liter ble oppnådd fra katoderommet. Cellen frembrakte omkring 2>3tonn NaOH pr. dag av den svake NaOH-løsning, og omkring 2,4 tonn/dag av den sterke NaOH-løsning, med en katodestrømsvirkningsgrad på 86$ og en anodestrørasvirkningsgrad på 96$.

Eksempel 4

En fire roms elektrolysecelle av laboratorietype ble utført med et anoderom og et katoderom innbyrdes adskilt ved to puffer-rom. Anoderommet vår utført i polyester basert på heksaklor-endometylen-tetrahydroftalsyre os solgt under varemerket Hetroni de to puffer-rora var utført i polypropylen og katoderommet

var utført i mykt stål. Anoderommet og det første puffer-rora samt dét første og det annet puffer-rom var innbyrdes adskilt ved hjelp av en katlonevekslende membranbarriere. Dette jnembran var en 0,25 mra tykk film av et hydrolysiert kopolymer av tetrafluoroetylen ogSulfonert perfluorovinyl-eter, méd en ekvlvalent-vekt r>å omkring 1100 og fremstilt som angitt i U\S. patentskrift nr. 3»282i875- Det annet puffer-rom og katoderommet var innbyrdes, adskilt ved hjelp av et konvensjonelt asbestdiafragma. Saltoppløsning med omkring 320 gram/liter NaCl ble ført gjennom anoderommet, som var utstyrt med en metallanode utført av titan med et RuO^-beiegg, mens vann ble tilført det første puffer-rom. Utløpsvtjsken fra det første puffer-rom ble pumpet inn i det annet puffer-rom og løsningen i dette rom strømmet

gjennom det porøse asbestdiafragma inn 1 katoderommet, sora var utstyrt med en stålkatode. Cellen ble drevet med en 'Strøra-styrke på 120 amper, en strømtetthet på 0,3 amper/cm samt en spenning på 4,4 volt. NaOH-konsentrasjon av løsningen i det første puffer-rom var 120 gram/liter; i det annet puffer-rom - 187 gram/liter og 209 gram/liter i katoderommet, idet den sistnevnte løsning hadde et NaCl-lnnhold på omkring 0,5 gram/liter. Under disse driftsbetlngelser var anodens klorvirkningsgrad 96$ mens anodens NaOH-virkningsgrad var 93$, med saltsyre tilsatt anolytten i stoikometriske mengder for å kompensere for forskjellen mellom anode- og katodevlrkningsgrad.

Eksempel 5

Ved anvendelse av den prosess som er blitt beskrevet i eksempel 4, ble cellen 1 eksempel 1 drevet ved en strømstyrke på 120 ampere, e' n anodestrømtetthet på 0,3 ampere/cm 2og en spenning på 4,3 volt. Løsningen i det første puffer-roa rinneholdt 140 gram/liter NaOH, løsningen i det annet puffer-rom inneholdt 226 gram/liter av samme forbindelse, mens utløpsvissken fra katoderommet inneholdt 240 gram/liter NaOH samt omkring 6,6 gram/-. liter NaC$. Anodens klor-virkningsgrad var 96$ og katodens Naci-virknlngsgrad var 90$.

Eksempel 6

Cellen i eksempel 4. ble modifisert ved å erstatte asbestdiafragraa-et mellom det annet puffer-rom og katoden med et porøst per-fluorosiil fons yre-membran levert av "duPont under betegnelsen. ESL323. Ved anvendelse av prosessen i eksempel 1, ble denne celle drevet med en natriurahydroksyd-konsentrasjon i det første puffer-rom på 100 gram/liter NaOHJ i det annet puffer-rom på l40gram/liter NaOH, mens utløpsvcisken fra katoderommet inneholdt 213 gram/liter NaOH. Anodens klorvirkningsgrad var 96$ og katodens natriumhydroksyd-virkningsgrad var 94$.

Eksempel 7

Cellen i eksempel 4 ble modifisert ved å erstatte det porøse asbestdiafragma med en porøs polypropylen film med betegnelsen Celgard. Under anvendelse av prosessen i eksempel 1, ble denne celle drevet under de følgende driftsbetingelser og med ée følgende oppnådde resultater:

NaOH konsentrasjon

Claims (34)

1. Elektrolysecelle med et cellelegeme utstyrt med et anoderom som Inneholder en anode, et katoderom som inneholder en katode og et puffer-rom mellom nevnte anode- og katoderom, karakterisert ved at nevnte rom er innbyrdes adskilt ved hjelp av minst en barriere som er hovedsaklig ugjennomtrengelig for fluider og gasser samt består av materialer valgt fra materialgruppeni en hydrolysert kopolymer av et perfluorert hydrokarbon, en sulfonert perfluorovinyl-eter og en sulfostyrenert perfluorert etylen-pr©pylen-polyraer.

2. Celle som angitt i krav 1, karakterisert ved at den er utstyrt med minst.

2 puffer-rom, idet i det minste anoderommet og det næ rmest inn-tilllggende puffer-rom er innbyrdes adskilt ved hjelp av nevn.te ugjennomtrengelige barriere, og i det minste nevnte katoderom og en nærmest inntilliggende <p> uffer-rom er innbyrdes adskilt ved hjelp av et porøst diafragma.

3. Celle som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at barrieren utgjøres av et hydrolysert kopolymer av tetrafluoroetylen samt en sulfonert perfluorovinyl-eter med formelen: FS <0>2 CF2 CF2 0C F(CP^ )CF20 CP: <:> CF2 , idet denne kopolymer har en, ekvivaltentvekt fra omkring 900 til l600.

4. Celle som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte kopolymer har en ekvivalentvekt fra omkring 1100 til omkring 1400 og inneholder omkring 10 til 30$ av eter-forbindelsen.

5. Celle som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at barrieren utgjøres av en sulfostyrenert perfluorert etylen-propylen-pølymer.

6. celle som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte kopolymer er styrenert med omkring 16 til 18 vektprosent, nens omkring 2/3 til 13/16 av fenolgruppene er raonosulfonert.

7. Celle som angitt 1 krav 1 eller 2, karakterisert ved at anoden er en metallanode.

8. celle som angitt i krav 5, karakterisert ved at anoden er en raetallanode.

9- Celle som angitt i krav 1, karakterisert ved at cellen er utstyrt med minst to puffér-rom mellom anoderommet og katoderommet. .

10. Celle som angitt i krav 2, karakterisert ved at det porøse diafragma utgjørés av asbest.

11. Fremgangsmåte for elektrokjemisk spaltning av en ioniserbar kjemisk forbindelse, karakterisert ved at en vandig oppløsning av vedkommende ioniserbare kjemiske forbindelse innføres i anoderommet for en elektrolysecelle sora angitt i krav 1, mens en annen vandig oppløsning innføres I puffer- og katoderommet i nevnte celle, hvoretter den elektrolytiske spalting av nevnte ioniserbare oppløsning oppnås ved å føre elektrisk strøm mellom anode og katode i nevnte celle.

12. Fremgangsmåte som angitt 1 krav 11, karakterisert ved at den vandige oppløsning av en loniserbar kjemisk forbindelse utgjøres av en vandig oppløsning av et alkalimetall-halogenid, mens den annen vandige løsning som innføres i puffer- og katoderommet, ut-r gjøres av vann.

13» Fremgangsmåte som angitt i krav 12, karakterisert ved at alkalimetall-halogenidet er natriumklorid, klor.' .. produseres sora elektrolytisk spaltningsprodukt ved anoden, en utspedd løsning av natriumhydroksyd fremstilles I puffer-rommet og en konsentrert løsning av natriumhydroksyd fremstilles som elektrolytisk spaltningsprodukt ved katoden. .

14. Fremgangsmåte som angitt I krav 11,, karakterisert ved at den vandige løsning av en ioniserbar kjemisk forbindelse er en vandig løsning av HCl, idet klor fremstilles soo elektrolytisk spaltningsprodukt ved anoden og hydrogen fremstilles som elektrolytisk spaltningsprodukt ved katoden.

15- Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at den utspedde løsning av natriumhydroksyd fra puffer-rommet innføres 1 katoderommet som i det minste en del av den vandige katolytt-løsning.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at den vandige natriumklorid-lø sning Innført I anoderommet, Inneholder omkring 250 til 325 gram pr. liter NaCl samt har en pH-verdi i området 1,0 til 10,0, mens cellen drives med en spenning i området 3,4 til 4,8 volt og en anodestrøartetthet omkring 0,13 til 0,4 ampere pr. cm 2, konsentrasjonen av den natriumhydroksyd-oppløsning som oppnås fra puffer-rommet ligger i området 50 til 200 gram NaOH pr. liter, og konsentrasjonen av den natriumhydroksyd-løsning som oppnås fra katodéroramet ligger i området 200 til 420 gram NaOH pr. liter.

17 Fremgangsmåte som angitt i krav 15*karakterisert ved at den vandige natriumklorld-løsning som innføres i anoderommet har en pH-yerdi på omkring 1,0 til 10,0 og inneholder mellom 250 og 325 gram NaCl pr. liter, idet cellen drives ved en spenning i området omkring 3#4 til 4,8 volt og en anodestrømtetthet omkring 0,13 til 0,4 ampere/cm , mens konsentrasjonen av den natr iumhydroksyd-oppløsning som oppnås fra katoderommet ligger i området 150 til 250 gram NaOH pr. liter.

18. Fremgangsmåte sora angitt i krav 14, karakterisert ved at den vandige HCl-løsning som innfø res i anoderommet, inneholder omkring 10 til 36 vektprosent HCl, og cellen drives ved en spenning fra omkring 3,4 til 4,8 volt samt en anodestrø mtetthet omkring 0,13 til 0,4 aiapere/cm .

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at den celle hvori elektrolysen utføres omfatter minst to puffer-rora mellom anoderommet og katoderommet.

20. Fremgangsmåte soo angitt i krav 13, karakterisert ved at den elektrolysecelle hvori elektrolysen utføres > omfatter minst, to puffer-rom mellom anoderommet og katoderonmet.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at den elektrolysecelle hvori elektrolysen utføres, omfatter minst to puffer-rom mellom anoderommet og katoderommet.

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, karakterisert ved at den elektrolysecelle hvori elektrolysen iitføres, orafatter minst to puffer-rom mellom anoderommet og katoderommet.

23. Fremgangsmåte for elektrokjemisk spaltning av en vandig løsning av en ioniserbar kjemisk forbindelse, karakterisert ved at en vandig løsning av vedkommende ioniserbare kjemiske forbindelse innføres I anoderommet for en elektrolysecelle som angitt I krav l; mens en annen vandig oppløsning innføres 1 puffer- og katoderommet for nevnte celle, hvoretter den elektrolytiske spalting av nevnte ioniserbare oppløsning oppnås ved å føre elektrisk strøm mellom anode og katode i nevnte celle.

24. Fremgangsmåte som angitt I krav 23, karakterisert ved at den vandige løsning av en loniserbar kjemisk forbindelse er en vandig løsning av en alkaliraetall-halogenid, og den annen vandige løsning som innføres i puffer- og katoderommet, er vann.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 24, karakterisert ved at aikaliraetall-halogenidet er natriumklorid, idet klor fremstilles som elektrolytisk spaltningsprodukt ved anoden, en utspedd løsning av natriumhydroksyd fremstilles i puffer-rommene, og en konsentrert løsning av natriumhydroksyd fremstilles som elektrolytisk spaltningsprodukt ved katoden.

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at den vandige løsning av en loniserbar kjemisk forbindelse utgjøres av en vandig løsning av HCl, hvorved klor fremstilles sora elektrolytisk spaltningsprodukt ved anoden, og hydrogen fremstilles som elektrolytisk spaltningsprodukt ved katoden.

27. Fremgangsmåte som angitt i krav 25, karakterisert ved at i det minste en del av den utspedde løsning av natriumhydroksyd fra hvert puffer-rora innføres i det nærmest påfølgende puffer-rom og endelig til katoderommet som i det minste en del av den vandige katolytt-løsning.

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 25,. karakterisert ved at den vandige natriumklorid-løsning som innføres i anoderommet, inneholder orakring 250 til 325 gram NaCl pr. liter og har en pH-verdi i området 1,0 til 10,0, Idet cellen drives med en spenning omkring 3,4 til 4,8 volt og en anodestrø mtetthet omkring 0^ 13 til 0> 4 ampere/em 2, mens konsentrasjonen av de natriumhydroksyd-løsninger som oppnås fra puffer-rommene ligger omkring 50 til 200 gram NaOH pr. liter, og konsentrasjonen av den natrlumhydroksyd-løsning som oppnås fra katoderommet ligger omkring 200 til 420 gram NaOH pr. liter.

29. Fremgangsmåte som angitt 1 krav 27, karakterisert ved at den vandige natriumklorid-løsning som innføres i anoderommet, har en pH-verdi omkring 1,0 til 10,0 og inneholder omkring 250 til 325 gram NaCl pr. liter, idet cellen drives ved en spenning omkring 3,4 til 4,8 volt og en anodestrømtetthet omkring 0,13 til 0,4 ampere/- cm p, mens konsentrasjonen av den natriuraklorid-løsning som oppnås fra katoderommet ligger omkring 150 til 2$0 gram NaOH pr. liter.

30. Fremgangsmåte som angitt i krav 26, karakterisert ved at den vandige HCl-løsning kan innføres ik atoderommet, inneholder omkring 10 til 36 vektprosent HCl, og cellen drives ved en spenning omkring 3,4 til 4,8 volt og en anodestrømtetthet omkring 0,13 til 0,4 ampere/cm .

31. Fremgangsmåte som angitt i krav 23, karakterisert ved at det porøse diafragma I elektrolysecellen hvori elektrolysen utføres, er av asbest.

32. Fremgangsmåte som angitt i krav 25, karakterisert ved at det porøse diafragma i den elektrolysecelle hvori elektrolysen utføres, er av asbest.

33. Fremgangsmåte son angitt i krav 26, karakterisert ved at det porøse diafragma i den elektrolysecelle hvori elektrolysen utføres, er av asbest.

34. Fremgangsmåte som angitt i krav 27, karakterisert ved at det porøse diafragma i den elektrolysecelle hvori elektrolysen utføres, er av asbest.